Diseño y fabricación de robot para la navegación en estructuras de celosía

Abstract

El sistema de ferrocarriles nacional es de vital importancia para el transporte de productos mineros, agrícolas e incluso para el manejo de residuos. En la actualidad, todos los países desarrollados y muchos en vía de desarrollo cuentan con redes de vías ferroviarias. Para mantener estas vías en buen estado su regular monitoreo y mantenimiento es clave. Lo que a su vez es muy importante para mantener una buena calidad del servicio, la seguridad y la optimización de costos de operación y reposición de estructura. La prevención es clave y para eso la inspección de los puentes juega un rol vital que permite identificar el grado de deterioro y planificar el mantenimiento para la rehabilitación de puentes de forma eficiente. En Chile, las inspecciones de puentes ferroviarios es realizada en su mayoría de manera manual, utilizando principalmente métodos de inspección visual. Los drones son buenas herramientas para una inspección superficial de la estructura. Sin embargo, si se desea inspeccionar en detalle las estructuras internas como los enrejados y celosías del puente no es posible acceder a esas zonas con estos tipos de dispositivos. De aquí surge la motivación para el desarrollo de un dispositivo robotizado capaz de movilizarse entre las estructuras metálicas presentes en los puentes ferroviarios de manera tal que este se pueda desplegar sobre una viga y navegarla superando ciertos obstáculos comunes, por ejemplo, refuerzos de la estructura metálica. El presente trabajo de título consiste en el diseño y fabricación de un robot para la navegación en estructuras de celosía. Esto es, las geometrías de enrejados de los puentes incluyendo barras metálicas y vigas estructurales. Para esto se crea un montaje experimental que simula una situación de terreno común como son las vigas con atiezadores verticales. Se crean distintos prototipos funcionales por medio de una metodología iterativa que son capaces de navegar una estructura metálica sin obstáculos para luego desarrollarlos agregándoles la capacidad de superar el obstáculo propuesto. También se implementa un sistema de control a distancia utilizando tecnología de transmisión WiFi y se realizan pruebas en terreno en el puente ferroviario Aconcagua para caracterizar el desempeño del robot. Para el diseño se utiliza CAD y para la fabricación de las piezas se utiliza impresión 3D, incorporando una metodología iterativa con retroalimentación entre diseño y fabricación. El sistema de control se lleva al cabo por medio de una estrategia de control de lazo abierto implementada en un microcontrolador comercial. El alcance no incorpora la implementación de un sistema de inspección, sin embargo se realizan pruebas que caracterizan la capacidad de carga en el robot manteniendo su adhesión a la estructura. Tanto las pruebas en laboratorio como las realizadas en terreno otorgan resultados prometedores comprobando el potencial de la implementación de un sistema de inspección robotizado.